JP4912098B2 - 電子装置及びヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、例えば、プロセッサなど、稼働時に熱を生じ得る電子部品を冷却するためのヒートシンクを備えた電子装置に関し、特に、ヒートシンクの放熱部となるフィン組立体の構造に関する。

電子部品に取り付けられるヒートシンクは、放熱部の表面積を広くして、熱を拡散させやすいように、多数のフィンを組み立てたフィン組立体を有するのが一般的である。
従来のフィン組立体は、複数の板状のフィンを平行に所定の間隔を空けて配列したものが殆どであった。各フィンは、導電性を有する支柱により電気的に接続される。

多数のフィンが配列されたフィン組立体を有するヒートシンクでは、基板などの接地プレーンから電気的に遠くに位置するほどフィンのインピーダンスが高くなる。そのために、接地プレーンから電気的に最も近くに位置するフィンと最も遠くに位置するフィンとの間にインピーダンスの差が生じて、それによりフィン間で電位差が生じることがある。この電位差によりヒートシンクに高周波電流が発生して電磁波が放射される。
従来のヒートシンクには、熱放射効率の向上という視点だけで、フィン組立体自体が電磁波の放出源となる問題を解決しようとする思想はなかった。

本発明は、外部への電磁波の放出を抑制する電子装置及び、電磁波の放出源となることを防止するヒートシンクを提供することを、その課題とする。

複数の板状のフィンが配列された構造を有するフィン組立体は、フィン毎のインピーダンスの差により電位差が生じてしまう。この電位差により、フィン組立体には高周波電流が流れる。この高周波電流により、フィン組立体からは電磁波が放射される。特に、高周波電流の周波数とフィンが持つ共振周波数とが一致すると、電磁波の放射が強くなる。フィン毎のインピーダンスの差を減少させることで、フィン組立体からの電磁波の放射を減少させることができれば、電磁波の放射を制限することができる。

上記の考察に基づき、本発明は、熱を発生し得る電子機器を搭載するための筐体と、この筐体に搭載された前記電子機器で発生した熱を吸収する受熱媒体と、前記筐体の所定部位に設けられたヒートシンクと、前記受熱媒体で吸収された熱を前記ヒートシンクに導く熱伝達媒体とを備えた電子装置を提供する。この電子装置において、前記ヒートシンクは、同じ方向に複数の突起体が形成された板状のフィンが複数並べられて、各フィンの前記複数の突起体が隣接する他のフィンに接合されて構成され、フィン間で前記複数の突起体が電気的に並列に接続されており、前記突起体は基端から先端までの長さが結合されるフィンとの間の距離よりも長く形成されており、前記他のフィンを遠ざける方向に付勢している。ヒートシンクを構成するフィンは、隣接するフィン間で複数の突起体が電気的に並列に接続されるために、フィン毎のインピーダンスの差を減少させ、突起体が他のフィンに強く押し付けられるために、突起体の接触によるインピーダンスを低減させることができる。そのためにヒートシンクからの電磁波の放射を減少させることができる。冷却効果を高める観点からは、前記ヒートシンクに伝達された熱を前記フィンから前記筐体の外部に放出するためのファンを更に有するものとしてもよい。

本発明は、また、電子装置等での仕様に適したヒートシンクを提供する。本発明のヒートシンクは、熱を発生し得る被冷却物において生じた熱を放熱するためのヒートシンクであって、同じ方向に複数の突起体が形成された板状のフィンが複数並べられ、各フィンの前記複数の突起体が隣接する他のフィンに接合されて構成され、フィン間で前記複数の突起体が電気的に並列に接続されており、前記突起体は基端から先端までの長さが結合されるフィンとの間の距離よりも長く形成されており、前記他のフィンを遠ざける方向に付勢しているフィン組立体を備えている。フィン組立体を構成するフィンは、隣接するフィン間で複数の突起体が電気的に並列に接続されるために、フィン毎のインピーダンスの差を減少させ、突起体が他のフィンに強く押し付けられるために、突起体の接触によるインピーダンスを低減させることができる。そのためにフィン組立体からの電磁波の放射を減少させて、電磁波の放射を制限できる。

このようなヒートシンクに用いられる突起体は、フィンの板状部分に別の切片を接合させて用いることも可能であるが、前記フィンに設けられる複数の方形状の切欠の一辺を起点として曲折させて用いることで、容易にフィンと一体の突起体を形成することができる。この場合、前記切欠が曲折されることで形成される孔の形状にあわせた断面形状で且つ中空筒状の支柱を前記孔に嵌着すると、フィン同士の結合が強固になる。また、支柱を孔に嵌着するために、フィンの接合の際にフィン同士の詳細な位置合わせが不要となる。

前記フィンには、他のフィンの突起体を係止するための係止部を備えてもよい。例えば、前記係止部が、凹部を有している場合には、前記突起体の先端に前記凹部の形状に合わせた突出部を形成して、この突出部を前記他のフィンの前記凹部に圧入する。前記係止部が、前記フィンに、前記突起体とは逆の方向に設けられる凸部を有している場合には、前記突起体の先端が前記他のフィンの前記凸部に係止される。このような係止部を設けることで、突起体の接合状態が良好になり、突起体の接触によるインピーダンスを低減することができる。前記係止部は、例えば前記突起体の基端部に設けられる。

前記突起体が例えば基端から先端までの長さが結合されるフィンとの間の距離よりも長く形成される場合には、前記他のフィンを遠ざける方向に付勢するように接合される。あるいは、前記突起体が、前記他のフィンの突起体に一部が重なるように接合される。これらの場合には、突起体が他のフィンに強く押し付けられる、或いは他のフィンの突起体との接触面積が大きくなるために、突起体の接触によるインピーダンスを低減することができる。一つのフィンに形成される前記複数の突起体の基端から先端までの長さが一定の場合には、複数の前記フィンがそれぞれ平行になるように並べられる。

フィンは、平板状に形成してもよいが、波板状あるいは断面三角波状の板状に形成してもよい。このようなフィンでは、放熱面積が大きくなるために、放熱効率が良くなる。

フィン組立体を構成する少なくとも一対のフィンの間隔が不均一になるように、フィンが並べられる場合には、この一対のフィンの少なくとも一方のフィンに形成される突起体の基端から先端までの長さが当該一対のフィン間隔に応じた長さで形成されていてもよい。例えば、当該一方のフィンに形成される突起体の基端から先端までの長さが、突起体毎に当該一対のフィン間隔に応じた長さで形成される。また、一つの突起体で、基端から先端までの長さが、当該一対のフィン間隔に応じた長さで形成されてもよい。

本発明のヒートシンクの他の実施の態様では、被冷却物において生じた熱を吸収する受熱媒体と、この受熱媒体で吸収した熱をいずれかの前記フィン組立体に導く熱伝達媒体とを更に備えたものとする。

本発明の電子装置では、突起体により、ヒートシンクの各フィンが従来よりも多くの部分で他のフィンに接続されるので、フィン間のインピーダンスの差が減少して電位差が生じ難くなる。そのために、ヒートシンクからの電磁波の放射が抑制される。

以下、本発明を適用したヒートシンクの実施の形態例を、図面を参照して説明する。
この実施形態のヒートシンクは、図１に示されるように、放熱部として機能するフィン組立体１０と、被冷却物に接触して被冷却物、例えば電子部品（図示省略）の発する熱を吸収する受熱板２０と、フィン組立体１０及び受熱板２０に接続されたヒートパイプ３０とを備えている。受熱板２０は、電子部品に当接して当該電子部品で生じた熱を直接吸収するものであっても良く、その電子部品の近傍からその周囲に生じた熱を吸収するものであっても良い。なお、フィン組立体１０を電子部品に当接させる態様、あるいは、フィン組立体１０を電子部品の近傍に配置して、電子部品の周囲に生じた熱を吸収するものであっても良い。

フィン組立体１０は、枠体１３の内部に、複数のフィン１１を配設して構成される。図１に示されるように、この実施形態のヒートシンクは、被冷却物の発する熱を受熱板２０からフィン組立体１０にヒートパイプ３０を通じて伝達させて被冷却物を冷却するものである。

フィン組立体１０は、例えば図２のような構造を有する。すなわち、フィン組立体１０は、同じ方向に複数の突起体１２を有する平板状の金属板から成るフィン１１を１つずつ図示のように並べて配列される。図２では、突起体１２が、フィン１１に複数設けられた方形状の切欠を一辺を起点として曲折することで形成される。各フィン１１は、突起体１２の先端部分を隣接するフィン１１の板状部分に接合される。接合は、導電性接着剤で行っても良く、圧着、溶接その他の手段で行っても良い。各フィン１１の、突起体１２を形成することにより形成された孔１２ａには、中空筒状の支柱１４が嵌着される。支柱１４は、例えば中空のヒートパイプ３０に接続される。このような構成により、複数のフィン１１は、板状部分が互いに平行となるように配列される。フィン１１は、原則としてすべて同じ形状及びサイズの金属板であるが、常にそのようにしなければならないというものではなく、一部が同じ形状及びサイズの金属板であっても良い。
このような構造の複数のフィン１１が枠体１３内に収められ、これによってフィン組立体１０が構成される。なお突起体１２は、フィン１１から切欠を曲折して形成する他に、フィン１１とは別の板状片をフィン１１の板状部分に接合して形成してもよい。

突起体１２は、例えば図３ａ〜図３ｃに示すような構造を有する。図３ａ及び図３ｂでは、突起体１２の先端に突出部１２ｂが形成されて、他のフィン１１の板状部分に係止されるようになっている。図３ａでは、突起体１２の先端に三角形の突出部１２ｂが形成される。図３ｂでは、突起体１２の先端に矩形の突出部１２ｂが形成される。また突起体１２の基端には、突出部１２ｂの形状に合わせた形で突出部１２ｂを係止するための孔である係止部１２ｃが設けられる。図３ａでは、突出部１２ｂの形状が三角形であるので、係止部１２ｃの形状も突起体１２及びフィン１１の板状部分にそれぞれ三角形の孔により形成される。図３ｂでは、突出部１２ｂの形状が矩形であるので、係止部１２ｃの形状も突起体１２及びフィン１１の板状部分にそれぞれ矩形の孔により形成される。係止部１２ｃは、図３ａ、図３ｂでは、孔として形成される例を示しているが、突出部１２ｂが係止可能な凹部であればよい。

図３ｃの突起体１２は、図３ａ及び図３ｂに示すような突出部１２ｂを有していないが、突起体１２の基端に突起体１２とは逆の方向に突出する係止部１２ｄを有する。係止部１２ｄは、突起体１２を曲折して形成する起点となる一辺に、突起体１２用の切欠と反対方向に伸びる切欠を設けておき、突起体１２を形成する際に、突起体１２とは逆方向に曲折されることで形成される。このような係止部１２ｄは、突起体１１２とは逆の方向に突出する凸部であればよい。係止部１２ｄに、他の突起体１２の先端が係止される。

突起体１２は、例えば図４ａ、図４ｂ、或いは図５ａ、図５ｂに示すようにして、フィン１１の板状部分に結合されるようになっている。図４ａは、図３ｂに示すような突起体１２が形成されたフィン１１の接合状態を説明する図である。突起体１２の突出部１２ｂは、他のフィン１１に形成された係止部１２ｃに圧入される。突出部１２ｂは係止部１２ｃに導電性接着剤、圧着、溶接その他の手段で接合される。図４ｂは、図３ｃに示すような突起体１２が形成されたフィン１１の接合状態を説明する図である。突起体１２は、その先端が他のフィン１１に形成された係止部１２ｄに係止される。突出部１２ｂは係止部１２ｄに導電性接着剤、圧着、溶接その他の手段で接合される。

図５ａは、図３ｂに示すような突起体１２が形成されたフィン１１が、板状部分との間で鋭角をなすように曲折されて接合される状態を説明する図である。突起体１２の突出部１２ｂは係止部１２ｃに係止され、導電性接着剤、圧着、溶接その他の手段で接合される。この例では、係止部１２ｃが突起体１２の基端から離れた位置に形成される。このように接合すると、突起体１２がフィンを遠ざける方向に付勢するために、図４ａ、図４ｂの接合状態よりも電気的な接触状態が良好になる。図５ｂは、図３ｂに示すような突起体１２が形成されたフィン１１が、板状部分との間で鈍角をなすように曲折されて接合される状態を説明する図である。突起体１２が他のフィン１１の突起体１２に導電性接着剤、圧着、溶接その他の手段で接合される。図５ｂでは、係止部１２ｃは必ずしも必要ではない。このように接続すると、突起体１２同士の接触面積が大きくなるために、図４ａ、図４ｂの接合状態よりも電気的な接触状態が良好になる。

図５ａ及び図５ｂのように電気的な接触状態が良好になると、接触による抵抗値が低くなってインピーダンスが下がる。また、図４ａ及び図４ｂよりも図５ａ及び図５ｂの接合状態の方が、フィン１１間隔を狭くすることができる。そのために、同じ領域により多くのフィン１１を設置することができ、冷却効率が向上する。

このような構成のフィン組立体１０のインピーダンスを説明する。図６ａは、２本の支柱１４及び６個の突起体１２でフィン１１を接合した場合のインピーダンスを説明するための図である。これは、本発明のフィン組立体にあたる。図６ｂは、２本の支柱１４のみでフィン１１を接合した場合のインピーダンスを説明するための図である。これは従来のフィン組立体にあたる。図６ａ及び図６ｂからわかるように、本発明のフィン組立体では、支柱１４のインピーダンスの他に突起体１２によるインピーダンスも並列に合成されることになるために、従来よりもフィン組立体の合成インピーダンスが小さくなる。例えば、支柱１４のインピーダンスをＲ［Ω］、突起体１２によるインピーダンスをｒ［Ω］とすると、図６ａの例では合成インピーダンスがＲｒ／２（３Ｒ＋ｒ）になり、図６ｂの例では合成インピーダンスがＲ／２になる。そのために、従来よりも電位差が小さくなって、電磁波の放射を抑制することになる。

従来でも、支柱１４の数を増やすことで同様の効果が得られる思われる。しかし、支柱１４を増やすと製造が困難になり、製造コストが高くなる。本願発明のように、突起体１２を設けることは、製造の容易さ、及び製造コストが支柱１４を増やすことに比べて低く抑えられることから有用である。また、ＥＭＩレベルが下がるために不要な放射を低減することもできる。

図７は、フィン組立体１０の別の構造例を示す図である。このフィン組立体１０は、突起体１２が図５ａのように曲折している。そのために、フィン組立体１０全体のインピーダンスが低減する他に、同じ枠体１３内に設置できるフィン１１の数を図２よりも増やすことができ、冷却効率が向上する。突起体１２を図５ｂのようにして用いた場合でも、図７のフィン組立体１０と同様の効果が得られる。

なお、上記の実施形態では支柱１４を２本設けた構成としているが、本発明のフィン組立体１０ではこれらは必須の要件ではない。支柱１４を含まないフィン組立体１０でもよい。以下に示すフィン組立体１０のバリエーションは、これらのフィン組立体１０が支柱１４を備えていても、あるいは無くても、どちらでもよい。また、以下に示すフィン組立体１０の突起体１２も、図５ａ或いは図５ｂのように曲折して用いることができる。

図８は、フィン組立体の別の構造例を示す図である。このフィン組立体４０は、各フィン４１の形状が半円形となっている。そのために、ヒートシンクを設置する場所が半円形の場合に、その場所に合った形状となる。フィン４１の形状は、矩形、半円形の他にも様々な多角形、円形その他の複雑な形状として、ヒートシンクを設置する場所に合わせた形とすることができる。フィン４１の形状にかかわらず、突起体４２により隣接の他のフィン４１に接合して、フィン組立体４０が形成される。突起体４２を形成することでできる孔４２ａには、支柱１４が嵌着される。

図９、図１０は、設けられる突起体５２、６２の基端から先端までの長さが異なるフィン５１、６１が複数配列されたフィン組立体５０、６０の構造例を示す図である。図９のフィン組立体５０は、一つのフィン５１に設けられる突起体５２の長さが異なっている。図９では、図中左側の突起体５２の長さが最も短く、右側に行くにつれて長くなっている。そのために、図中左側のフィン間隔が狭くなり、右側のフィン間隔が広くなっている。図１０は、図９のフィン組立体５０を構成する各フィン５１を、交互に接合した構造のフィン組立体６０の例示図である。これらのフィン組立体５０、６０は、ヒートシンクを設置する場所に応じて、様々な形状が取り得るようになっている。

図１１は、図の奥行き方向に向かって突起体７２の基端から先端までの長さが短くなっているフィン７１により構成されたフィン組立体７０の構造例を示す図である。このような構成のフィン組立体７０は、被冷却物の冷却部分が狭い場合でも、設置可能である。図９乃至図１１のように、突起体５２、６２、７２の基端から先端までの長さを、フィン間隔に応じた長さにすることで、フィン組立体５０、６０、７０を様々な形状で構成することができる。

図８乃至図１１に示すフィン組立体４０、５０、６０、７０のように、フィン４１、５１、６１、７１の形状、突起体４２、５２、６２、７２の大きさあるいは形状により、フィン組立体４０、５０、６０、７０を所望の形状に構成することができるようになる。また、これらを組み合わせると、フィン組立体の形状の自由度が更に大きくなり、ヒートシンクを設置する場所に合わせて様々に形成することができる。

図１２、図１３は、それぞれのフィンの形状が平板ではないフィン組立体の構造例を示す図である。図１２のフィン組立体８０は、フィン８１が波板状に形成されている。図１３のフィン組立体９０は、フィン９１が断面三角波状の板状に形成されている。これらの構成では、前述のインピーダンスの低減の他に、フィン８１、９１の表面積を図２の平板状のフィン１１よりも大きくできるので、冷却効率が良好になる。このように、フィン８１、９１が平板ではない場合でも、突起体８２、９２により、フィン８０、９０同士を接合させることができる。

以上説明したヒートシンクは、従来の支柱１４のみでフィンを接合するよりも、支柱１４に加えて突起体１２でフィンを接合する方が、フィン組立体からの電界放射量が減少する。これは、前述の通り、インピーダンスの低減によるところが大きい。そのために、突起体１２の数が多い方が、インピーダンスがより低減されるので、より放射される電界が減少する傾向にある。

次に、本発明のヒートシンクを内蔵した電子装置の実施形態例を、図１４、図１５を参照して説明する。図１４、図１５は、電子装置の内部構造を模式的に示した図である。ここでは、受熱板１２０と、２つのヒートパイプ１３１、１３２と、フィン組立体１１０とを有するヒートシンクの例を示す。このヒートシンクは、電子装置の筐体１００に、図示のように配設される。すなわち、筐体１００の所定部位に配された電子機器、例えばプロセッサボード上に、受熱板１２０を配備し、プロセッサボードで発生した熱をこの受熱板１２０で吸収する。受熱板１２０で吸収した熱は、ヒートパイプ１３１、１３２を通じてフィン組立体１１０に伝達される。

フィン組立体１１０は、筐体１００の側面部に取り付けられており、複数の開口部が、筐体に形成された開口部１０１から露出するようになっている。つまり、筐体１００の内部の空気と筐体外部との間で空気の流通が可能になっている。
なお、図示を省略したが、フィン組立体１１０の背後にファンを設け、フィン組立体１１０に伝達された熱をファン及び開口部１０１を通じて筐体１００の外部に放出するようにしても良い。

また、図１４、図１５では、受熱板１２０とフィン組立体１１０とを２本のヒートパイプ１３１、１３２で接続したヒートシンクの例を示したが、ヒートパイプの数は３本以上であっても良い。また、受熱板１２０をフィン組立体１１０に直付けする場合には、ヒートパイプは不要となる。さらに、電子機器がフィン組立体１１０の近傍にあるときは、受熱板１２０を省略することもできる。フィン組立体１１０も一つに限定されず、複数に分割して筐体１００に取り付けても良い。

本発明の実施形態によるヒートシンクの概略構成図。 フィン組立体の構造例を示す図。 突起体の形状の例示図。 突起体の形状の例示図。 突起体の形状の例示図。 突起体を他のフィンに結合する構造を説明する図。 突起体を他のフィンに結合する構造を説明する図。 突起体を他のフィンに結合する構造を説明する図。 突起体を他のフィンに結合する構造を説明する図。 フィン組立体のインピーダンスを説明する図。 フィン組立体のインピーダンスを説明する図。 フィン組立体の別の構造例を示す図。 フィン組立体の別の構造例を示す図。 フィン組立体の別の構造例を示す図。 フィン組立体の別の構造例を示す図。 フィン組立体の別の構造例を示す図。 フィン組立体の別の構造例を示す図。 フィン組立体の別の構造例を示す図。 ヒートシンクを内蔵した電子装置の内部構造を模式的に示した図。 ヒートシンクを内蔵した電子装置の内部構造を模式的に示した図。

符号の説明

１０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１１０・・・フィン組立体、１１，４１，５１，６１，７１，８１，９１・・・フィン、１２，４２，５２，６２，７２，８２，９２・・・突起体、１２ａ・・・孔、１２ｂ・・・突出部、１２ｃ，１２ｄ・・・係止部、１３・・・枠体、１４・・・支柱、２０，１２０・・・受熱板、３０，１３１，１３２・・・ヒートパイプ、１００・・・電子装置の筐体、１０１・・・筐体の開口部

Claims (9)

1. 熱を発生し得る電子機器を搭載するための筐体と、
   この筐体に搭載された前記電子機器で発生した熱を吸収する受熱媒体と、
   前記筐体の所定部位に設けられたヒートシンクと、
   前記受熱媒体で吸収された熱を前記ヒートシンクに導く熱伝達媒体とを備えており、
   前記ヒートシンクは、
   同じ方向に複数の突起体が形成された板状のフィンが複数並べられ、各フィンの前記複数の突起体が隣接する他のフィンに接合されて構成され、フィン間で前記複数の突起体が電気的に並列に接続されており、
   前記突起体は、基端から先端までの長さが結合されるフィンとの間の距離よりも長く形成されており、当該突起体が前記他のフィンを遠ざける方向に付勢していることを特徴とする、
   電子装置。
2. 前記ヒートシンクに伝達された熱を前記フィンから前記筐体の外部に放出するためのファンを更に有する、
   請求項１記載の電子装置。
3. 熱を発生し得る被冷却物において生じた熱を放熱するためのヒートシンクであって、
   同じ方向に複数の突起体が形成された板状のフィンが複数並べられ、各フィンの前記複数の突起体が隣接する他のフィンに接合されて構成され、フィン間で前記複数の突起体が電気的に並列に接続されており、
   前記突起体は、基端から先端までの長さが結合されるフィンとの間の距離よりも長く形成されており、当該突起体が前記他のフィンを遠ざける方向に付勢しているフィン組立体を備えてなる、
   ヒートシンク。
4. 前記突起体は、前記フィンに設けられる複数の方形状の切欠の一辺を起点として曲折されたものである、
   請求項３記載のヒートシンク。
5. 前記切欠が曲折されることで形成される孔の形状にあわせた断面形状で且つ中空筒状の支柱が、前記孔に嵌着される、
   請求項４記載のヒートシンク。
6. 前記フィンは、他のフィンの突起体を係止するための係止部を備えており、
   前記突起体は、その先端が前記係止部で係止される、
   請求項３記載のヒートシンク。
7. 前記フィンは波板状に形成される、
   請求項３乃至６のいずれかの項記載のヒートシンク。
8. 前記フィンは断面三角波状の板状に形成される、
   請求項３乃至６のいずれかの項記載のヒートシンク。
9. 前記被冷却物において生じた熱を吸収する受熱媒体と、
   この受熱媒体で吸収した熱をいずれかの前記フィン組立体に導く熱伝達媒体とを更に備えて成る、
   請求項３乃至８のいずれかの項記載のヒートシンク。

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